聚合物共混对聚偏氟乙烯超滤膜结构与性能的影响

根据聚合物共混焓变、绝对黏度及凝胶点值,考察了4种聚合物(聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))与聚偏氟乙烯(PVDF)/N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)铸膜液体系的共混相容性。利用凝胶相转化动力学及原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)、亲水接触角和泡点压力等检测手段,分析了水凝胶浴中4种添加剂对PVDF超滤膜成膜过程及膜结构与性能的影响。结果显示,4种添加剂与PVDF/DMAc的共混相容性顺序为PEG>PVP>PVA>PMMA。共混体系均以液液分相为主;其中PEG、PVP共混PVDF体系以瞬时分相为主,膜内部有大孔,表皮层及支撑层较为致密。PMMA和PVA共混PVDF体系有延时分相和液固分相行为,膜表面多孔、内部有大孔且亚层疏松。共混优化了PVDF超滤膜结构。PVA能有效提高膜亲水性能。

PVDF/SiO_2超滤膜抗污染特性的微观作用力分析

以无机纳米粒子（SiO2）与PVDF共混,使用相转化法制得无机-有机平板超滤膜.考察了SiO2含量在1%～3%（质量分数）范围内对PVDF超滤膜的接触角、膜平均孔径及渗透性能的影响.以BSA为标准污染物,通过过滤实验评价了SiO2改性后的PVDF超滤膜的抗污染行为.通过探针修饰,以原子力显微镜（AFM）检测技术定量分析了膜污染过程中膜面与污染物相互间的微观作用力.结果表明,添加SiO2能有效改善PVDF超滤膜的亲水性能,影响膜平均孔径和渗透性能.SiO2质量分数为1%的改性超滤膜（P1膜）孔径最大,接触角最小且渗透性能最佳,膜表面和断面微观结构的SEM表征结果也进一步证实了上述结论.膜污染评价结果显示,在BSA过滤过程中,P1膜通量衰减速度慢、清洗恢复率高,抗污染性能较好.AFM数据显示,膜面与BSA间的粘附力随膜的亲水性增大而下降,并随着污染物在膜表面的累积程度逐渐下降.初步说明膜与BSA间的微观作用力是导致膜污染发生的主要原因,SiO2的添加能够有效降低膜的初期污染进而提高膜抗污染性能.

凝固浴组分对双凝固浴法制备PVDF膜结构和性能的影响

在内外凝胶浴中添加不同含量的溶剂,采用双凝固浴法制备了PVDF/PVP/DMAc中空纤维膜.通过膜形貌扫描电镜(SEM)表征,纯水水通量和牛血清蛋白(BSA)截留率测试实验,分析评价了凝固浴中溶剂含量对PVDF中空纤维膜结构与性能的影响.结果表明,凝固浴中溶剂含量增大会导致皮层孔隙率增多,而对亚层结构的影响各不相同.膜的纯水渗透通量变化无明显规律性,但BSA截留率保持相对稳定.当内外凝固浴中溶剂体积分数分别为30%和70%时,膜内部大孔发育良好,亚层疏松多孔,水通量分别为270L/(m2.h)和548L/(m2.h),显示了良好的渗透性能.

QCM-D研究BSA在不同改性PVDF超滤膜表面的吸附行为

为进一步探究经不同改性添加剂(聚乙烯吡咯烷酮PVP、聚乙烯醇PVA和聚乙二醇PEG)改性后的聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜表面对牛血清蛋白(BSA)的动态吸附行为,用旋转涂覆法将膜固定在晶片表面,采用耗散型石英晶体微天平(QCM-D)研究不同改性膜表面上的蛋白质吸附行为以及吸附层的黏弹性随时间的变化规律.结果表明:BSA的吸附行为不仅与膜表面的亲水性有关,还受其表面化学性质的影响.不同亲水性条件下PVDF/PEG膜表面吸附量较少且不易清洗;对于PVDF/PVP和PVDF/PVA膜,随着亲水角减小,|-ΔD/Δf|值变化显著,吸附层的构象也发生明显的变化.不同添加剂所含的特殊官能团(—OH、—O—和—CON—)不仅能够降低膜表面污染物的吸附量,还能够影响吸附层的结构,易于清洗.

多元共混PVDF超滤膜的结构和性能研究

根据铸膜液粘度、凝胶点温度及相转化动力学行为,结合SEM和AFM技术及泡点压力、亲水接触角等检测手段,考察了PVDF/DMAc体系中,共混添加PVA、PMMA、PVP及其组合对相转化进程及膜结构参数和性能等的影响。结果显示,PVA和PM-MA共混PVDF铸膜液的粘度和凝胶点升高,导致延迟分相并减缓了相分离及固化速度,膜内部大孔和海绵结构相互贯穿,膜亲水性较好。PVP和PMMA共混PVDF体系发生瞬时分相,液-液分相与液-固分相同时并存,膜内部大孔通透,支撑层致密,分离性能优良。PMMA能有效改善三元共混膜表面的粗糙行为。

在线清洗对倒置A^2/O-MBR复合膜污染控制研究

采用自主研发的聚偏氟乙烯-聚对苯二甲酸乙二酯(PVDF-PET)复合膜与倒置A2/O工艺结合的MBR系统,以Na Cl O作为清洗剂对复合膜进行在线化学清洗,考察了Na Cl O在不同清洗周期下对膜污染的控制作用,对膜污染的主要污染物胞外聚合物(EPS)的去除效率及对膜结构和系统稳定性的影响。结果表明,Na Cl O对膜进行在线清洗,单次清洗后TMP恢复率达98%,整个阶段运行时间为24 d;循环清洗中,最初TMP恢复率达100%,运行时间为36 d,随着清洗次数的增加,恢复率逐渐下降,都有效延缓了膜污染进入快速增长阶段。Na Cl O对EPS具有较强的去除效果,相比纯水增加了20%。低含量Na Cl O并未对膜结构及系统的稳定性造成不利影响。

凝固浴组成对热诱导相分离法制备PVDF微孔膜形态结构的影响

以二乙二醇单乙醚醋酸酯(DCAC)和磷酸三乙酯(TEP)的混合溶剂为稀释剂,采用热诱导相分离法制备聚偏氟乙烯(PVDF)平板微孔膜,获得了不同形态结构的膜;借助SEM、DSC、XRD等技术手段,考察了凝固浴组成对PVDF微孔膜形态结构的影响.结果表明,在低温凝固浴(0℃)中形成的膜均表现出颗粒状镶嵌晶体结构的断面.随着凝固浴中DMAc含量的增加,膜断面厚度增大,膜表面皮层厚度减小.膜的上表面形态主要取决于凝固浴组成,随着凝固浴中DMAc含量的增加,上表面由致密变得多孔.膜的结晶特性分析表明,所有的膜PVDF主要结晶成α-相晶体结构,随着凝固浴中DMAc含量的增加,膜的结晶度降低,并伴生有γ-相晶体结构.此外,随着凝固浴中DMAc含量的增加,膜的平均孔径和孔隙率增大,但拉伸强度降低.

PVA含量对PVDF/PVA改性膜抗污染性的影响研究

通过原子力显微镜(AFM)以及自制的PVDF胶体探针测量膜与不同有机物,即牛血清蛋白(BSA)、腐殖酸(HA)以及海藻酸钠(SA)之间的粘附力,从而研究不同PVA含量对PVDF/PVA改性膜抗污染性的影响.研究发现,随着PVA含量的增加,BSA以及HA污染膜的初期通量衰减幅度都呈先减小后增大趋势,而相应的通量恢复幅度都呈先增大后减小趋势.由于PVA的水合作用,改性膜-污染物之间的粘附力随着PVA含量的增加都呈减小趋势,因而其粘附力变化与相应污染膜的初期通量衰减幅度以及通量恢复率之间并不呈正相关性;而随着PVA含量的增加,SA污染膜的通量衰减幅度与通量恢复率都呈增大趋势,而改性膜-SA之间的粘附力呈减小趋势,与SA污染膜的通量衰减幅度以及通量恢复率之间呈良好的相关性.

高溶剂含量第1凝固浴停留时间对PVDF膜结构和性能的影响

以聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、二甲基乙酰胺(DMAc)为铸膜液体系,采用高含量溶剂DMAc水溶液作为第1凝固浴,水为第2凝固浴组成的双凝固浴制备PVDF中空纤维膜。通过扫描电镜(SEM)形貌观察,纯水水通量和BSA截留率测试,探讨了第1凝固浴停留时间对PVDF-PVP中空纤维膜性能与结构的影响。结果表明,随着膜丝在高溶剂含量第1凝固浴中停留时间从0变化至10 s,膜丝纯水通量在2 s时下降,之后持续增加,而BSA截留率不断降低。SEM显示随停留时间延长,膜表面孔隙率增加,亚层指状孔增多,大孔孔径增大,亚层海绵结构变得疏松。在停留时间为10 s时,膜水通量达315 L.m-2.h-1,BSA截留率86%,可做为制备高通量PVDF超滤膜的最佳成形条件。

凝胶成份对PVDF/PVP中空纤维超滤膜结构与性能的影响

采用干-湿相转化法制备PVDF/PVP共混中空纤维超滤膜,通过改变内外凝胶浴组成控制膜的结构和性能,使用扫描电镜对不同凝胶条件下膜的微观形貌和结构进行了表征,以纯水通量和BSA截留率评价膜性能。结果表明,芯液中溶剂质量分数由10%升高至50%会使膜孔收缩,膜通量下降;芯液中甘油质量分数由10%升至30%后能使膜形成大孔结构,使通量增大。凝胶浴中溶剂质量分数高于40%,会使聚合物溶解,但加入质量分数1%的醋酸能降低高浓度溶剂的溶解作用,使通量升高。

浊度对腐植酸分子的竞争吸附对膜污染的影响

为了解析浊度与腐植酸共存时的超滤膜污染行为,分别进行了浊度、腐植酸及浊度-腐植酸共混溶液的膜污染实验,使用原子力显微镜结合自制膜材料探针和污染物探针定量测定了不同浊度、腐植酸比共混污染物与膜及浊度-腐植酸之间的微观作用力,并系统考察了不同污染膜的表面形貌特点。结果表明,浊度物质-腐植酸之间的力明显大于腐植酸-膜之间的作用力,使得浊度物质与腐植酸共存时,腐植酸分子优先吸附在浊度物质表面,降低了其与膜的接触机率。且浊度物质的尺寸远远大于所使用超滤膜的平均孔径,所以浊度物质对腐植酸的优先吸附使得腐植酸进入膜孔内的机率减小,相应的膜污染减轻。此外,与腐植酸污染膜相比,浊度-腐植酸污染膜表面的污染层结构较为疏松。

PVDF/SiO_2杂化内支撑型中空纤维膜的制备及性能研究

利用涤纶纤维丝(PET)编织管作为内支撑层,将纳米SiO_2添加到聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液中,通过涂覆-浸没沉淀相转化法制得PVDF/SiO_2杂化内支撑型中空纤维膜,考察了铸膜液中不同SiO_2含量对膜性能的影响。结果表明,PET编织管的加入,使中空纤维膜的拉伸强度超过50 MPa。随着纳米SiO_2含量增加,膜的接触角从78.5°降至60.6°,杂化膜的纯水通量增大、孔隙率提高。X射线衍射仪图谱表明,SiO_2的加入未改变PVDF的主要晶型构成。当SiO_2的质量分数为1.5%时,杂化膜的纯水通量达到192.6 L/(m^2·h),孔隙率为68%,拥有了优异的过滤性能。

氧化石墨烯改性PVDF超滤膜截留染料性能研究

采用氧化石墨烯(GO)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对聚四氟乙烯(PVDF)超滤膜进行改性,以阳离子染料罗丹明B和阴离子染料刚果红为模型染料,研究GO添加量和pH、染料和NaCl含量对改性膜截留性能的影响。结果表明,GO添加质量分数为0.5%时,染料截留效果最好。高染料含量和高NaCl含量有利于提高膜对2种染料截留率,当染料的质量浓度50 mg/L、NaCl浓度为1 mol/L时,截留率分别达到75.2%和87.4%。pH对2种染料截留率有着相反的效果,低pH有利于提高膜对罗丹明B的截留率,高pH提高膜对刚果红的截留率。

PVDF/编织管中空纤维复合膜的制备及其性能研究

以纤维编织管为支撑层,通过涂覆-浸没沉淀相转化技术,制备了超高强度、大通量的PVDF/编织管中空纤维复合膜,考察了铸膜液中PVDF和添加剂PVP含量等对膜性能的影响。结果显示,随铸膜液中PVDF含量增加,复合膜纯水通量下降,爆破强度增加,平均孔径减小;PVP的质量分数从2%增加至10%,膜通量呈现降低趋势,但爆破压力先增后减;当PVDF、PVP的质量分数分别为8%、6%时,复合膜纯水通量达4 300 L/(m2·h),爆破压力为0.32 MPa。研究范围内,复合膜孔隙率始终保持在45%以上,爆破压力高于0.30 MPa,且由于编织管的存在,而使复合膜的拉伸强度很高,显示了较好的过滤性能;添加PVP和PVA较PEG在膜性能方面的贡献更突出。

添加剂对聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜结构及性能的影响

在聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液中添加聚乙烯砒咯烷酮(PVP)、LiCl和苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA),采用相转化法制备了PVDF中空纤维共混超滤膜,并通过扫描电镜表征、膜通量和截留率测试等手段,研究了聚合物含量和不同添加剂对PVDF中空纤维膜的结构和性能的影响。结果显示,随着聚合物PVDF含量的增加,膜通量减小、截留率增加、拉伸强度增加;添加剂SMA对膜性能影响较大,PVP和LiCl含量对膜的结构及性能影响较小,随其含量的增加,膜截留率增加。

凝胶浴条件对PVDF/CaCO_3共混中空纤维膜性能和结构的影响

采用干-湿相转化法制备了PVDF/CaCO3共混中空纤维膜,考察了芯液组成和外凝胶浴温度对共混膜结构和性能的影响。结果表明,随芯液中酸含量增加,膜纯水通量迅速升高,BSA截留率略有下降;膜拉伸强度下降,断裂伸长率增加。SEM图显示,膜断面指状孔的数量增多、支撑层厚度变薄、膜亚层海绵孔增加;相应孔隙率升高,而泡点压力略微下降。当外凝胶浴温度较高时,膜支撑层和外皮层较为致密,导致膜纯水通量明显下降,同时BSA截留率在80℃高温外凝胶浴时,由于膜外皮层上出现少量大孔结构,而迅速下降为62.55%。

水中Fe^(3+)与蛋白质共存时膜污染机理

利用牛血清蛋白(BSA)与FeCl_3等配制的混合溶液模拟污水进行膜过滤实验,研究超滤膜中金属离子铁(Fe^(3+))与蛋白质(BSA)共存时对膜污染的影响。研究发现,在pH为3时,向BSA混合溶液中添加Fe^(3+)会在一定程度上影响其对膜的污染程度.BSA与Fe^(3+)之间存在静电相互作用从而形成胶体态物质是其产生影响的原因之一,在相同BSA浓度下,随着FeCl_3浓度的增加,当FeCl_3质量浓度达到20mg/L时,膜污染最为严重.而在相同BSA与FeCl_3浓度条件下,随着pH的增加,当pH为7时,膜污染最严重,这是由于此时BSA带负电,被带正电的铁离子沉淀层所吸附,在膜表面形成BSA/铁的聚合物.

中空纤维膜制备过程中断面不规则形状的研究

采用浸没沉淀相转化法制备PVDF中空纤维膜,考察膜丝在固化过程中不同纺丝条件如干程的设定、拉伸速度、芯液和外凝胶浴的组成对膜丝断面不规则形状的影响。实验结果表明,当使用水作为凝胶浴时,在低干程条件下膜丝断面易出现不规则形状,随着干程的升高,这种现象能得到有效的抑制。芯液中溶剂DMAc含量的升高,膜丝内孔出现明显褶皱现象。相反,当外凝胶浴中DMAc含量升高时,膜孔逐渐由不规则形状变为圆形。此外,随着拉伸速度的提高,分子取向随膜丝直径减小而增大,分相过程中的不稳定性减弱,膜丝断面逐渐变为圆形。

AFM在PVDF/SiO_2共混超滤膜抗污染分析中的应用

出水有机物所造成的膜污染是限制PVDF超滤膜在城市生活污水处理中广泛应用的一个重要因素.有机物污染行为的研究对PVDF膜的改性显得尤为重要.本文利用相转化法制备不同SiO2添加量的PVDF超滤膜,研究了二级出水有机物对不同SiO2添加量改性膜的污染情况,并用自制原子力胶体探针分析污染物与膜以及污染物和污染物之间的作用力,从微观力学层面上分析和解释了改性膜抗污染性能.

倒置A^2/O-MBR组合工艺处理生活污水效能及膜污染特性

将自制高强度PVA亲水化改性复合膜应用于倒置A2/O-MBR工艺中,处理模拟生活污水,考察了系统对COD、氨氮、总氮、总磷及浊度的去除效果以及膜性能的变化.结果表明,在不同回流比条件下,COD、氨氮、总磷等去除率变化不大,分别大于90%、95%、80%;回流比对总氮的去除效果有一定的影响,回流比为100%时去除率较低,当回流比从100%增加到300%时,去除率相应增大,在膜的高效截留作用下,膜出水浊度始终小于0.05NTU,控制膜通量为(12±0.5)L·(m2·h)-1,连续运行52 d,未对膜进行任何清洗,膜污染平均速率为13.22 Pa·h-1,膜污染进程缓慢.经FTIR分析,多糖和蛋白质是膜有机污染物的主要成分,多为亲水性物质.膜与污染物之间的微观作用力的测定表明LB为膜主要污染物,与FTIR分析一致.